download - Cresesb - Cepel

www.cresesb.cepel.br
A Energia e o Meio Ambiente
para o Brasil: uma introdução
4E - 2007
30 de Agosto de 2007

A Energia e o Meio Ambiente
para o Brasil: uma introdução
Energia: Energia:
Brasil e Mundo
Energia no novo século culo: : impactos ambientais
Novas fontes renováveis
Juramento
PROMETO / QUE NO EXERCÍCIO EXERC CIO DA PROFISSÃO DE
ENGENHEIRO / HONRAREI OS DEVERES QUE ELA IMPÕE / E
CONTRIBUIREI COM O PODER DO MEU ESPÍRITO / PARA O
DESENVOLVIMENTO DA ENGENHARIA / PROGRESSO E GLÓRIA
DE NOSSO PAÍS / COM DIGNIDADE E RESPEITO AOS DIREITOS
HUMANOS / PRESERVANDO O MEIO AMBIENTE / POIS DELE
DEPENDE O NOSSO FUTURO / E O DE NOSSOS DEPENDENTES

������������������������������
������ ����������������������
BRASIL- MATRIZ ENERGÉTICA
%
100
80
60
40
20
0
14
86
Mundo
45
55
Brasil
RENOVÁVEL NÃO RENOVÁVEL
Uso da Energia: Meio Ambiente
FONTE: Instituto de Pesquisa ambiental da Amazônia

Emissão de CO 2
de Diversas Tecnologias
Tecnologias
Tecnologias
Emissões
Emissões
de CO2
de
nos
CO2 nos
estágios
estágios
de
de
produção
produção
de
de
energia
energia
(ton/GWh)
(ton/GWh)
Planta
Planta
convencional
convencional
de
de
queima
queima
de
de
carvão
carvão
Planta
Planta
de
de
queima
queima
de
de
gás
gás
Pequenas
Pequenas
hidrelétricas
hidrelétricas
Energia
Energia
eólica
eólica
Solar
Solar
fotovoltaico
fotovoltaico
Grandes
Grandes
hidrelétricas
hidrelétricas
Solar
Solar
térmico
térmico
Lenha
Lenha
(Extração
(Extração
programável)
programável)
Extração
Extração
1
1
0
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-1.509
-1.509
Construção
Construção
1
1
0
0
10
10
7
7
5
5
4
4
3
3
3
3
Operação
Operação
962
962
484
484
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1.346
1.346
Total
Total
964
964
484
484
10
10
7
7
5
5
4
4
3
3
-160
-160
Fonte: "Renewable Energy Resources: Opportunities and Constraints 1990-2020" - World Energy Council - 1993
Uso de Energia: Panorama
A busca de soluções para a problemática energética
passa atualmente por três caminhos:
� Busca de fontes renováveis de energia menos
agressivas ao meio ambiente.
� Melhoria da eficiência energética dos diversos
equipamentos transformadores de energia.
� Combate ao desperdício energético.

Radiação Solar Global
Fonte: Wikipedia
O Sol envia para a
Terra energia
equivalente a cerca
de 10.000 vezes o
consumo mundial
de energia bruta

Atlas Solarimétrico do Brasil
UFPE
Radiação Solar Global
Média Anual

Potencial Solar por Região
Região Norte
43,3 %
Região
Centro-Oeste
Centro Oeste
19,3 %
O Sol, Fonte Inesgotável
Região Sul
6,4 %
Região Nordeste
20,5 %
Região Sudeste
10,5 %
Energia Renovável Renov vel x Energia Fóssil ssil: : diferença diferen
entre “sempre sempre” e “nunca nunca mais” mais
Fonte: Fonte:
Folheto da CEMIG

Uso da Energia: Custos de Externalidades*
(centavos de dólar por kWh)
Carvão: 1,94 a 14,60
Turbina a gás: 0,97 a 3,89
Nuclear: 0,19 a 0,58
Fazenda Eólica: 0,05 a 0,24
*Estimativa de custos para a sociedade e para o ambiente
decorrentes de uso de combustíveis combust veis fósseis f sseis e nucleares,
não incluindo lixo nuclear e custos de desativação. desativa ão.
Estudo da UE, ExtermE - WSJ - 2002
Uso da Energia: Tendência
FONTE: Informativo da Eletronuclear - agosto 2001

Geração Elétrica – 15 maiores
EUA
China
Japão
Rússia
Canadá
Índia
Alemanha
França
Reino Unido
Brasil
Coréia do Sul
Itália
Espanha
Australia
África do Sul
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000
Hidroelétrica
Nucleoelétrica
Termoelétrica
Outras Renováveis
10º
MWh � 10 6
Geração Elétrica:
Capacidade Instalada
� Hidro 83.282 MW – 78,5 %
� Térmica 20.458 MW – 19,3 %
� Nuclear 2.007 MW – 1.9 %
� Eólica 236 MW – 0,2 %
Consumidores 58,3 milhões
Produção de Energia 425 TWh/ano (58% da América do Sul)
Ponta 64.886 MW
� Linhas de Transmissão: 88.939 km
Geração
Transmissão
Distribuição
20%
42%
85%
80%
58%
15%
ESTATAIS PRIVADAS
Fonte: Aneel março/2007 Inclui importação
fonte: MME
105.986 MW

A imagem da assimetria do consumo
Universalização: metas e desafios
MME - 2004

Universalização: metas e desafios
10 0
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Evolução da eletrificação dos domicílios brasileiros (1970 a 2000)
70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 0
Urbana Rural Total
Fonte: Relatório CEPEL-DTE 211035/2003 - giannini@cepel.br
TecnologiasemFoco
(energia renovável complementar)
Solar Fotovoltaica
Solar Térmica rmica
Eólica lica
Biomassa
Pequenas
Centrais
Hidroelétricas
Hidroel tricas
Outras: Outras:
Geotérmicas
Geot rmicas, , Marés, Mar , Células lulas Combustíveis
Combust veis etc.

Maturidade e Custos das
Tecnologias
TECNOLOGIA
SOLAR
FOTOVOLTAICA
HELIOTÉRMICA
TORRE
CENTRAL
CILINDROS
DISCOS
EÓLICA
BIOMASSA
PCH’s
POTENCI AL
(GW)
-
-
-
-
30
27.7
TAMANHO
TÍPICO
(KW)
0.05
A
10
30.000
A
200.000
50.000
20
a
50
300 a 2000
10
a
50.000
50
A
1.000
Em comparação de custos deve-se levar
em conta o da rede de distribuição
APLICAÇÃO
- INTERMITENTE
- GRID E
OFF-GRID
- BASE
- GRID
- BASE
- GRID
- BASE
-GRID E
OFF-GRID
-INTERMITENTE
-GRID E
OFF-GRID
-BASE
-GRID E
OFF-GRID
-VARIÁVEL
-GRID E
OFF-GRID
MATURIDADE
DA
TECNOLOGIA
DEMONSTRADA
(GRID)
COMERCIAL
(OFF-GRID)
PRÉ COMERCIAL
COMERCIAL
DEMONSTRADA
COMERCIAL
COMERCIAL
COMERCIAL
TecnologiasemFoco
(energia renovável complementar)
Solar Fotovoltaica
Solar Térmica rmica
Eólica lica
VIABILIDADE
TÉCNICA
MÉDIA
(GRID)
ALTA
(OFF-
GRID)
ALTA
ALTA
MÉDIA
ALTA
ALTA
ALTA
CUSTO
INVESTIMENTO
(US$/KW)
4.000
a
9.000
1.000
a
4.800
2.600
a
5.000
800
a
5.100
700
a
1.200
500
a
2.500
1.000
a
3.000
Biomassa
CUSTO
O&M
(US$/MWh)
4
a
20
4
a
23
4
a
23
15
a
23
4
a
12
6
a
12
6
a
15
CUSTO
COMBUSTÍVEL
(US$/MWh)
0.
0.
0.
0.
0.
20
a
100
0.
CUSTO
GERAÇÃO
(US$/MWh)
250
a
500
100
a
250
130
a
250
100
a
250
35
a
120
38
a
78
35
a
102
Pequenas
Centrais
Hidroelétricas
Hidroel tricas
Outras: Outras:
Geotérmicas
Geot rmicas, , Marés, Mar , Células lulas Combustíveis
Combust veis etc.
EFICIÊNCIA
10
a
18
15
a
30
15
a
30
15
a
30
25
a
45
25
a
35
60
a
85

Aquecimento Solar
Uso Energia Elétrica Brasil (Residencial)
Como as pessoas usam a energia de um modo geral: geral
30%
4% 5%
6%
20%
25%
10%
Chuv. El.
Televisão
Iluminação
Máquina de Lavar
Outros
Gel. E Freezer
Ferro El.

Tecnologias de Conversão Direta
da Radiação Solar - Heliotermia
Cilindros
Discos

Tecnologias de Conversão Direta
da Radiação Solar - Heliotermia
Torre Central
Padre Manuel A. Gomes junto ao seu Pirelióforo
apresentado na Exposição Universal de Saint Louis, em
1904, onde foi galardoado com o Grande Prémio.
(50 m2; ~3800ºC).

TecnologiasemFoco
(energia renovável complementar)
Solar Fotovoltaica
Solar Térmica rmica
Eólica lica
Biomassa
Pequenas
Centrais
Hidroelétricas
Hidroel tricas
Outras: Outras:
Geotérmicas
Geot rmicas, , Marés, Mar , Células lulas Combustíveis
Combust veis etc.

Sistema Fotovoltaico
de Geração Gera ão de Energia Elétrica El trica
Energia e Inclusão Social
Escola da comunidade de Baixão do
Archanjo Município de Barra
Sistema Fotovoltaico
N.S.P. Socorro - Manacapurú

A Exclusão Urbana
Instalações Fotovoltaicas
Tocantins
Crianças assistindo à TV pela
primeira
vez na comunidade de Boa Sorte
Município de Dianópolis
Sistema de bombeamento da
comunidade de Boa Sorte
Município de Dianópolis

Sistema de Bombeamento
Fotovoltaico
Abastecimento comunitário
de água da comunidade de
Amapá Grande
Município de Amapá - AMAPÁ
Arquipélago de São Pedro e São Paulo
Estação Científica Arquipélago São Pedro e São Paulo
• painel fotovoltaico de 3.6kWp
• dessalinizacão de água
• em operacão desde jun/98
• projeto do CEPEL para a CIRM
Sistema energético no posto de
saúde e bombeamento da
comunidade de Lago Novo
Município de Tartarugalzinho -
AMAPÁ
Vista aérea da Estação Científica

Instalações Fotovoltaicas
Projeto Ribeirinhas – Amazonas
(Parceria Eletrobrás)
Transporte dos equipamentos
fotovoltaicos
Telhado Solar Fotovoltaico
Sistema solar fotovoltaico
instalado em N.S.P. Socorro –
Manacapurú
� Avaliação do desempenho de sistemas fotovoltaicos
conectados à rede
� Painel fotovoltaico de 16 kWp em operação desde 2002

CASA SOLAR EFICIENTE
“É COMO GUARDAR O SOL DE DIA PARA ACENDER À
NOITE DENTRO DE CASA”
CASA

Casa Solar Eficiente
Casa Solar Eficiente

Tecnologia Fotovoltaica
Sistemas Conectados à Rede
Sistema fotovoltaico sobre o telhado
de um condomínio residencial - Japão
Tecnologia Fotovoltaica
Sistemas Conectados à Rede
Painel fotovoltaico de a-Si a Si
integrado ao revestimento
da fachada de vidro em um
prédio pr dio no Japão

TecnologiasemFoco
(energia renovável complementar)
Solar Fotovoltaica
Solar Térmica rmica
Eólica lica
Biomassa
Pequenas
Centrais
Hidroelétricas
Hidroel tricas
Outras: Outras:
Geotérmicas
Geot rmicas, , Marés, Mar , Células lulas Combustíveis
Combust veis etc.

Aplicações da Energia Eólica
Aplicações da Energia Eólica
Pequeno Porte
(�10 kW)
• Residências
• Fazendas
• Aplicações Remotas
Catavento –
Bombeamento d’água
• Residências
• Fazendas
• Aplicações Remotas
Intermediário
(10-250 kW)
• Sistemas Híbridos
•Geração
Distribuída
Grande Porte (250 kW - 2+MW)
• Fazendas Eólicas
• Geração Distribuída

Diagrama Típico de um
Sistema Eólico Isolado
Os 10 Mais no Mundo
Capacidade Total
Alemanha
Espanha
EUA
India
Dinamarca
China
Itália
Reino Unido
Portugal
França
TOTAL 10 Mais
Resto do Mundo
TOTAL MUNDO
MW
20.000
11.615
11.603
6.270
3.136
2.604
2.123
1.963
1.716
1.567
63.217
11.004
74.221
Percentual do
Mercado
27,8
15,6
15,6
8,4
4,2
3,5
2,9
2,6
2,3
2,1
85,2
14,8
-

Capacidade Instalada – Acumulada
(1995 – 2006)
ANO
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Aerogeradores de grande porte
Turbina Eólica de Brush
(1888) - 12 kW
MW TOTAL
4.800
6.100
7.600
10.200
13.600
17.400
23.900
31.100
39.431
47.620
59.091
74.221
Turbina Eólica Balaclava
(1931) – 100 kW

Evolução do Perfil Aerodinâmico
Desenvolvimento da Tecnologia
Diâmetro do rotor (m)
140
120
100
80
60
40
20
0
Aerogeradores de Série
Protótipos
50 kW
600 kW
500 kW
300 kW
1,500 kW
2,500 kW
5,000 kW
7.000 kW
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Ano

Sistemas de Grande Porte
EnergiaEólicae o MeioAmbiente
�� Utilização Utiliza ão do Solo para
Atividades Agrícolas Agr colas
�� Emissão de Gases
�� Emissão de Ruído Ru do
�� Impacto Visual
�� Impacto sobre a Fauna

SAZONALIDADE DAS USINAS EÓLICAS DO PROINFA
Vazão (m3/s)
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Potencial Eólico
Atlas do Potencial Eólico Brasileiro
Eólicas - NE
Vazão do Rio São Francisco
350.000
300.000
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
0
PROINFA - Eólicas do NE (MWh)

Potencial Eólico por Região
Sistemas Híbridos H bridos
Armazenamento
Unidade de Controle e
Condicionamento de Potência
Carga

Sistema Híbrido de Joanes
Vila de Campinas; margem do
Rio Solimões; 120km Manaus
• Convênio CEPEL/CEAM e
National Renewable Laboratory
Ilha de Marajó Maraj (PA), Município Munic pio de
Salvaterra; Salvaterra;
Fotovoltaico/Eólico
Fotovoltaico/E lico
�� Convênio CEPEL/CELPA e o
National Renewable Laboratory
�� 10kWp FV; 40kW eólico e lico
�� Operando desde maio/98
Sistema Híbrido de Campinas - AM
Fotovoltaico/Diesel
• 50kWp FV
• Em operação opera ão desde
maio/97

ILHA DE TRINDADE
LOCALIZAÇÃO
Fernando de Noronha
~1.167km
~360km
Trindade
Trindade

Localização prevista para o
sistema de geração
FV
Aerogeradores
Subestação
LOCALIZAÇÃO DA GERAÇÃO
Usina Refeitório
Enfermaria
e
Frigorífica
Alojamento

Substituindo Usina Nuclear por Energia Solar Fotovoltaica
e Energia Eólica
Áreas Equivalentes Necessárias – 10 TWh/ano
Eólico 570 km2
Solar 69 km2
TecnologiasemFoco
(energia renovável complementar)
Solar Fotovoltaica
Solar Térmica rmica
Eólica lica
Ilha Grande
Biomassa
Pequenas
Centrais
Hidroelétricas
Hidroel tricas
Outras: Outras:
Geotérmicas
Geot rmicas, , Marés, Mar , Células lulas Combustíveis
Combust veis etc.

PROINFA – (potencial)
Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica
EÓLICO
Potencial Indicativo : 143.000 MW
Projetos autorizados : 6.601 MW*
SOLAR
Potencial de Aplicação: 100 MWp
PCH
Inventariado : 9.794 MW
Projetos autorizados : 3.936 MW *
(Fonte: EMME,2004)
Biomassa: Energia e Materiais
Dificuldades a Serem Vencidas
Vitórias a Serem Alcançadas
BIOMASSA
Potencial Técnico sucro-alcooleiro : 8.000 MW
Arroz e papel celulose : 1300 MW
Projetos autorizados : 1.772 MW
Biomassa

Usina Hidroelétrica
Marmelos Zero – MG - 1889
PCHs

Uso de Energia: Conclusão
“Do ponto de vista ambiental, a
sustentabilidade do desenvolvimento depende,
entre outras medidas, da contenção das
emissões de gases poluentes, da conservação
das condições agricultáveis do solo, da não
contaminação das águas, da exploração
racional dos recursos fósseis e da melhor
utilização dos recursos renováveis”
Energia e Desenvolvimento Sustentável
Instituto de Economia da UFRJ,ELETROBRÁS, MME - 1998

Conclusões: últimas notícias
“O carvão, e o petróleo não serão os reis da energia mundial
para sempre. Não é mais uma tolice olhar o sol, o vento e para
as ondas do mar”
The Economist
“A idade da pedra não acabou porque acabaram as pedras; não
é necessário que o petróleo acabe para entrarmos em uma nova
era de energia”
SHELL
Conclusões: últimas notícias
Dificuldades a
Serem Vencidas
x
Vitórias a Serem Alcançadas

Conclusões: últimas notícias
Matriz Elétrica
2005
( Renováveis: 84 %)
84%
0%
0% 2% 2%
Vitórias a Serem
Alcançadas
X
Dificuldades a Serem Vencidas
10%
2015 (Plano Decenal de EE)
(Renováveis: 83,7%)
2%
80%
3% 1% 2% 2%
2%
10%
2030 (Cenário B1)
(Renováveis: 83,1%)
Hidroeletricidade (inclui PCH e Itaipu import.)
Termoeletricidade (Carvão)
Termoeletricidade (Gás Natural)
Termoeletricidade (Nuclear)
Termoeletricidade (Derivados Petróleo)
Biomassa
76%
Eólica e Outros
4% 3% 2%
3%
3%
9%

Juramento
PROMETO / QUE NO EXERCÍCIO EXERC CIO DA PROFISSÃO DE
ENGENHEIRO / HONRAREI OS DEVERES QUE ELA IMPÕE / E
CONTRIBUIREI COM O PODER DO MEU ESPÍRITO / PARA O
DESENVOLVIMENTO DA ENGENHARIA / PROGRESSO E GLÓRIA
DE NOSSO PAÍS / COM DIGNIDADE E RESPEITO AOS DIREITOS
HUMANOS / PRESERVANDO O MEIO AMBIENTE / POIS DELE
DEPENDE O NOSSO FUTURO / E O DE NOSSOS DEPENDENTES
Conclusões: últimas notícias
“Ás vezes ser moderno é olhar para trás”
Gilberto Gil